嵌入式程序的下载与调试

忘是亡心i 2022-05-25 23:54 429阅读 0赞

注：本例为:正点原子附带例程：**实验 0-2 Template 工程模板- 调试章节使用**

# 一. STM32 软件仿真 #

MDK 的一个强大的功能就是提供软件仿真，通过软件仿真，我们可以发现很多将要出现的问题，避免了下载到 STM32 里面来查这些错误，这样最大的好处是能很方便的检查程序存在的问题，因为在 MDK 的仿真下面，你可以查看很多硬件相关的寄存器，通过观察这些寄存器，你可以知道代码是不是真正有效。另外一个优点是不必频繁的刷机，从而延长了 STM32的 FLASH 寿命（STM32 的 FLASH 寿命≥1W 次）。当然，软件仿真不是万能的，很多问题还是要到在线调试才能发现。废话不多说了，接下来我们开始进行软件仿真。  
在开始软件仿真之前，先检查一下配置是不是正确，在 IDE 里面点击 ![这里写图片描述][SouthEast]。确定 Target 选项卡内容如图 所示（主要检查芯片型号和晶振频率，其他的一般默认就可以）：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]  
确认了芯片以及外部晶振频率（8.0Mhz）之后，基本上就确定了 MDK5.14 软件仿真的硬件环境了，接下来，我们再点击 Debug 选项卡，设置为如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 2]  
在图中，选择：Use Simulator，即使用软件仿真。选择：Run to main()，即跳过汇编代码，直接跳转到 main 函数开始仿真。 设置下方的：Dialog DLL 分别为：DARMSTM.DLL和 和 TARMSTM.DLL ，Parameter 均为：  
\-pSTM32F103RC ，用于设置支持 STM32F103RC 的软过 硬件仿真（即可以通过 Peripherals ） 选择对应外设的对话框观察仿真结果）。最后点OK，完成设置。接下来，我们点击 ![这里写图片描述][SouthEast 3]（开始/停止仿真按钮），开始仿真（这里大家要注意，仿真之前，请先编译一下工程），出现如图 所示界面：  
![这里写图片描述][SouthEast 4]  
可以发现，多出了一个工具条，这就是 Debug 工具条，这个工具条在我们仿真的时候是非常有用的，下面简单介绍一下 Debug 工具条相关按钮的功能。Debug 工具条部分按钮的功能如图所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 5]  
**复位：**其功能等同于硬件上按复位按钮。相当于实现了一次硬复位。按下该按钮之后，代码会重新从头开始执行。  
**执行到断点处：**该按钮用来快速执行到断点处，有时候你并不需要观看每步是怎么执行的，而是想快速的执行到程序的某个地方看结果，这个按钮就可以实现这样的功能，前提是你在查看的地方设置了断点。  
**挂起：**此按钮在程序一直执行的时候会变为有效，通过按该按钮，就可以使程序停止下来，进入到单步调试状态。  
**执行进去：**该按钮用来实现执行到某个函数里面去的功能，在没有函数的情况下，是等同  
于执行过去按钮的。  
**执行过去：**在碰到有函数的地方，通过该按钮就可以单步执行过这个函数，而不进入这个  
函数单步执行。  
**执行出去：**该按钮是在进入了函数单步调试的时候，有时候你可能不必再执行该函数的剩余部分了，通过该按钮就直接一步执行完函数余下的部分，并跳出函数，回到函数被调用的位置。  
**执行到光标处：**该按钮可以迅速的使程序运行到光标处，其实是挺像执行到断点处按钮功能，但是两者是有区别的，断点可以有多个，但是光标所在处只有一个。  
**汇编窗口：**通过该按钮，就可以查看汇编代码，这对分析程序很有用。  
**观看变量/堆栈窗口：**该按钮按下，会弹出一个显示变量的窗口，在里面可以查看各种你想要看的变量值，也是很常用的一个调试窗口。  
**串口打印窗口：**该按钮按下，会弹出一个类似串口调试助手界面的窗口，用来显示从串口打印出来的内容。  
**内存查看窗口：**该按钮按下，会弹出一个内存查看窗口，可以在里面输入你要查看的内存地址，然后观察这一片内存的变化情况。是很常用的一个调试窗口  
**性能分析窗口：**按下该按钮，会弹出一个观看各个函数执行时间和所占百分比的窗口，用来分析函数的性能是比较有用的。  
**逻辑分析窗口：**按下该按钮会弹出一个逻辑分析窗口，通过 SETUP 按钮新建一些 IO 口，就可以观察这些 IO 口的电平变化情况，以多种形式显示出来，比较直观。  
Debug 工具条上的其他几个按钮用的比较少，我们这里就不介绍了。以上介绍的是比较常用的，当然也不是每次都用得着这么多，具体看你程序调试的时候有没有必要观看这些东西，来决定要不要看。这样，我们在上面的仿真界面里面 选内存查看窗口、串口打印窗口。然后调节一下这两个窗口的位置，如图 所示：这个是用来查看UART的。  
![这里写图片描述][SouthEast 6]  
我们现在先不忙着往下执行，点击菜单栏的 Peripherals->USARTs->USART 1。可以看到，有很多外设可以查看，这里我们查看的是串口 1 的情况。如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 7]  
单击 USART1 后会在 IDE 之外出现一个如图 （a）所示的界面：  
![这里写图片描述][SouthEast 8]  
图 （a）是 STM32 的串口 1 的默认设置状态，从中可以看到所有与串口相关的寄存器全部在这上面表示出来了，而且有当前串口的波特率等信息的显示。我们接着单击一下 ，执行完串口初始化函数，得到了如图 （b）所示的串口信息。大家可以对比一下这两个图的区别，就知道在 uart\_init(9600)这个函数里面大概执行了哪些操作。通过图 （b），我们可以查看串口 1 的各个寄存器设置状态，从而判断我们写的代码是否有问题，只有这里的设置正确了之后，才有可能在硬件上正确的执行。同样这样的方法也可以适用于很多其他外设，这个读者慢慢体会吧！这一方法不论是在排错还是在编写代码的时候，都是非常有用的。然后我们继续单击 按钮，一步步执行，最后就会看到在 USART \#1 中打印出相关的信息，如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 9]  
图中红色方框内的数据是串口 1 打印出来的，证明我们的仿真是通过的，代码运行时会在串口 1 不停的输出 t 的值，每 0.5s 执行一次。软件仿真的时间可以在 IDE 的最下面（右下角）观看到，如图 3.4.1.10 所示。并且 t 自增，与我们预期的一致。接下来，我们再点击 ![这里写图片描述][SouthEast 3]即可退出调试。

# 二.STM32 串口 程序下载 #

STM32 的程序下载有多种方法：USB、串口、JTAG、SWD 等，这几种方式，都可以用来给 STM32 下载代码。不过，我们最常用的，最经济的，就是通过串口给 STM32 下载代码。为了让下下载完后可以按复位执行程序，我们建议大家把 BOOT1 和 BOOT0 都设置为 0。  
其实USB下载也是通过USB转串口下载的，只不过不用串口线了。串口即UART。（前提是电脑上装好了串口驱动 CH340G）  
在安装了 USB 串口驱动之后，我们就可以开始串口下载代码了，这里我们的串口下载软件选择的是flymcu，该软件是 mcuisp 的升级版本（flymcu 新增对 STM32F4 的支持），由ALIENTEK提供部分赞助，mcuisp 作者开发，该软件可以在 www.mcuisp.com 免费下载。  
然后我们选择要下载的 Hex 文件，以前面我们新建的工程为例，因为我们前面在工程建立的时候，就已经设置了生成 Hex 文件，所以编译的时候已经生成了 Hex 文件，我们只需要找到这个 Hex 文件下载即可。如图注意红色位置：  
![这里写图片描述][SouthEast 10]

# 三.JLINK下载与调试程序 #

如果代码工程比较大，难免存在一些 bug，这时，就有必要通过硬件调  
试来解决问题了。串口只能下载代码，并不能实时跟踪调试，而利用调试工具，比如 JLINK、ULINK、STLINK等就可以实时跟踪程序，从而找到程序中的 bug，使开发事半功倍。这里我们以 JLINKV8 为例，说说如何在线调试 STM32。JLINK V8 支持 JTAG 和 SWD，同时 STM32 也支持 JTAG 和 SWD。所以，我们有 2 种方式可以用来调试，JTAG 调试的时候，占用的 IO 线比较多，而 SWD 调试的时候占用的 IO 线很少，只需要两根即可。首先，用 JLINK 进行下载与调试，大家要在硬件上，把 JLINK 用 USB 线连接到电脑 usb和板子的 JTAG 接口上。JLINK V8 的驱动安装比较简单，我们在这里就不说了。在安装了 JLINK V8 的驱动之后，我们接上 JLINK V8，并把 JTAG 口插到 ALIENTEK miniSTM32 开发板上，打开工程点击 ![这里写图片描述][SouthEast]。打开 Options for Target 选项卡，在 Debug 栏选择仿真工具为 Cortex-M3J-LINK，如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 11]  
上图中我们还勾选了 Run to main()，该选项选中后，只要点击仿真就会直接运行到 main 函数，如果没选择这个选项，则会先执startup\_stm32f10x\_hd.s 文件的 Reset\_Handler，再跳到main 函数。然后我们点击 Settings，设置 J-LINK 的一些参数，如图所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 12]  
我们使用 J-LINK V8 的 SW 模式调试，因为我们 JTAG 需要占用比 SW 模式多很多的 IO 口，而在 ALIENTEK miniSTM32 开发板上这些 IO 口可能被其他外设用到，可能造成部分外设无法使用。所以，我们建议大家在调试的时候，一定要选择 SW 模式。Max Clock，可以点击 Auto Clk 来自动设置，图 中我们设置 SWD 的调试速度为 10Mhz，这里，如果你的 USB 数据线比较差，那么可能会出问题，此时，你可以通过降低这里的速率来试试。单击 OK，完成此部分设置，接下来我们还需要在 Utilities 选项卡里面设置下载时的目标编程器，如图所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 13]  
图 中，我们直接勾选 Use Debug Driver，即和调试一样，选择 JLINK 来给目标器件的 FLASH 编程，然后点击 Settings 按钮，进入 FLASH 算法设置，设置如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 14]  
上图中我们还勾选了 Run to main()，该选项选中后，只要点击仿真就会直接运行到 main 函数，如果没选择这个选项，则会先执startup\_stm32f10x\_hd.s 文件的 Reset\_Handler，再跳到main 函数。然后我们点击 Settings，设置 J-LINK 的一些参数，如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 15]  
这里 MDK5 会根据我们新建工程时选择的目标器件，自动设置 flash 算法。我们使用的是STM32F103RCT6，FLASH 容量为 256K 字节，属于高容量系列，所以 Programming Algorithm里面默认会有 512K 型号的 STM32F10x High-density Flash 算法（注意：256K 和 512K 共用）。另外，如果这里没有 flash 算法，大家可以点击 Add 按钮，自行添加即可。最后选中 Reset and Run选项，以实现在编程后自动启动，其他默认设置即可。设置完成之后，如图 所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 16]  
在设置完之后，点击 OK，然后再点击 OK，回到 IDE 界面，编译一下工程。接下来我们就可以通过 JLINK 下载代码和调试代码。配置好 JLINK 之后，使用 JLINK 下载代码就非常简单，大家只需要点击 LOAD 按钮就可以进行程序下载。下载完成之后程序就可以直接在开发板执行。  
硬件调试：和 软件仿真一样的方法操作，不过这是真正的在硬件上的运行，而不是软件仿真，其结果更可信。

[SouthEast]: /images/20220526/9e2a59b4e9cb4549b320d068cbc1267e.png
[SouthEast 1]: /images/20220526/6d02fa49a3674854814f8e8cf78fd79a.png
[SouthEast 2]: /images/20220526/e1412461bf2c428184c8ac98d70b546f.png
[SouthEast 3]: /images/20220526/539cfaa512d94a48b3b4e3c4fd567bd5.png
[SouthEast 4]: /images/20220526/1bc3169588374e6ba9eec04dd78456c6.png
[SouthEast 5]: /images/20220526/a34db599d04b4e1ba8320a5c7eefa709.png
[SouthEast 6]: /images/20220526/d8b5349cacdd4ef0990c9436b7bd0dc9.png
[SouthEast 7]: /images/20220526/65c6dcea79ed406d949b19a642799151.png
[SouthEast 8]: /images/20220526/159a291b7e8c41d88bbfce5bf5ed966a.png
[SouthEast 9]: /images/20220526/b140196319404dfa9ec5be510ad54ab2.png
[SouthEast 10]: /images/20220526/35eb32c3156a493e8683f2bfa5a15f77.png
[SouthEast 11]: /images/20220526/cd4ef061034549578995b5ae22aab894.png
[SouthEast 12]: /images/20220526/150e9a21a21c47b99498023e62e02c83.png
[SouthEast 13]: /images/20220526/88c2e58054454dd0983a84b6d23b0da3.png
[SouthEast 14]: /images/20220526/ae143fe518a74925bbebf179ec71cf92.png
[SouthEast 15]: /images/20220526/bafaaacb1b9b446b82251f79aaafc3ad.png
[SouthEast 16]: /images/20220526/cc21d81d715846ddb9f29b1cd06a16b0.png